Réactions chimiques en apesanteur

Motifs spatio-temporels induits par des
réactions chimiques en apesanteur
En solution, des réactions chimiques sont capables d’induire des mouvements hydrodynamiques
c’est-à-dire des mouvements du fluide en générant des variations locales de densité. Ceci est le
cas par exemple si on place une solution d’acide carboxylique en solution alcoolique au-dessus
d’une solution d’hydroxyde de sodium en solution aqueuse comme montré sur la Fig.1.
Les deux solvants sont immiscibles mais les variations de
densité induites par la réaction acide-base se produisant
lorsque les réactifs traversent l’interface et réagissent
génèrent des mouvements de convection tels les plumes
et doigts observés sur la Fig.1. Cependant, les effets de
densité ne sont pas les seuls à apparaître. Des effets
capillaires liés à des variations de tension de surface induites
par la réaction peuvent également induire des mouvements
du fluide. En effet, si le même type d’expériences est mené
en utilisant deux solvants miscibles et donc en supprimant
les effets de tension de surface, les motifs observés sont
très différents (Fig.2). On observe ainsi, en plaçant une
solution d’acide chlorhydrique au-dessus d’une solution
d’hydroxyde de lithium toutes deux en solution aqueuse, la
présence de panaches qui remontent uniquement au-
dessus de la zone de réaction. Seuls les effets de densité
et la réaction sont présents dans ce cas.
Fig.1 : Superposition de deux solutions
immiscibles : solution d’acide carboxylique
dans de l’alcool au-dessus d’une solution
d’hydroxyde de sodium dans l’eau. Divers
motifs spatio-temporels liés à des effets de
densité et de tension superficielle sont induits
par la réaction chimique acide-base. (Eckert et
Grahn, Phys. Rev. Lett., 82, p.4436 (1999)).

Comprendre la part des effets de tension de surface
indépendamment des effets de densité liés à la
gravité reste par contre délicat. Dans ce cadre, des
expériences en microgravité peuvent être menées
pour s’affranchir des effets de densité et mesurer
l’importance des effets capillaires. Dans le cadre
d’un programme de recherches subventionné par
l’ESA et Prodex, l’Unité de Chimie Physique non
Linéaire de l’ULB est impliquée dans un programme
de recherches visant à étudier les motifs spatio-
temporels induits par des réactions chimiques à la
fois sur terre et en apesanteur. Ces recherches
permettent de mieux comprendre les dynamiques
résultant du couplage entre des réactions chimiques
et des mouvements hydrodynamiques et d’éclairer
la situation à l’œuvre dans des applications aussi diverses que la récupération du pétrole, la
séquestration du CO2 dans des réserves sous-terraines ou encore plus communément de
nombreuses situations rencontrées dans l’industrie chimique ou pharmaceutique.
Cursus d’études menant à ce type de recherches :
Master en Sciences :
Sciences chimiques, sciences physiques
Master en Sciences de l’ingénieur:
Ingénieur civil en chimie et science des matériaux, ingénieur civil mécanicien, ingénieur
civil physicien
Liens internet à l’ULB :
Unité de Chimie Physique non Linéaire
http://www.ulb.ac.be/sciences/nlpc/index.html
Personne de contact:
Professeur Anne De Wit
Unité de Chimie Physique non Linéaire
Service de Chimie Physique et Biologie Théorique,
Université Libre de Bruxelles,
Batiment NO, 5ème étage, Campus de la Plaine
CP 231 Boulevard du Triomphe B-1050 Bruxelles
Tél : [phone], Email : [email protected]
Fig.2 : Superposition de deux solutions misci-
bles : solution aqueuse de HCl au-dessus d’une
solution aqueuse de LiOH. Seuls les effets de
densité induits par la réaction acide-base sont ici
en action.
Service d’information sur les études à l’ULB : 02 650 36 36 : [email protected]